EP1158312A1 - Modelling method for fluids in a fractured environment which is traversed by large fractures - Google Patents

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EP1158312A1
EP1158312A1 EP01401188A EP01401188A EP1158312A1 EP 1158312 A1 EP1158312 A1 EP 1158312A1 EP 01401188 A EP01401188 A EP 01401188A EP 01401188 A EP01401188 A EP 01401188A EP 1158312 A1 EP1158312 A1 EP 1158312A1
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crack
transmissivity
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mesh
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Sylvain Sarda
Luca Consentino
Marie-Christine Cacas
Bernard Bourbiaux
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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • GPHYSICS
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    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V11/00Prospecting or detecting by methods combining techniques covered by two or more of main groups G01V1/00 - G01V9/00

Definitions

  • Fine and permeable sedimentary levels are included in the environment "Crack" of the double middle model.
  • the petrophysical properties of these levels are affected in the middle crack of the mesh and the properties of rest of the rock contained in the mesh are affected in the middle matrix of the same mesh.
  • the vertical dimension (c) of the equivalent block is controlled by the levels horizontal sediment, fine and very permeable (Fig. 6).
  • the “matrix-crack” exchanges »Resulting from these levels are indeed only vertical.

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Abstract

Simulating fluid flow in a subterranean reservoir comprises modelling a network of volume elements. Each element includes a fissure and matrix and the fluid flow between them is determined. The reservoir includes a network of fluid conductors having a known geometry but which are not homogeneous at the scale of the volume elements. The overall transmissivity of each conductor is determined from the transmissivity of the conductor within each of the elements it crosses. When the reservoir is in very permeable sedimentary rock, the transmissivity value depends on the size of each element and its contact area with adjacent elements. The transmissivity of each fissure depends on the size of the element, the thickness of the fissure and its intrinsic permeability. The reservoir may be simulated by a transform comprising a network of uniform blocks separated by a network of regular fissures.

Description

La présente invention concerne une méthode pour modéliser des écoulements de fluides dans un milieu fissuré traversé par des fractures relativement grandes, au sens que l'on va préciser ci-après.The present invention relates to a method for modeling flows fluids in a cracked medium crossed by relatively large fractures, at meaning that we will specify below.

La méthode peut être mise en oeuvre par exemple dans le domaine de la production pétrolière par des ingénieurs de gisement en vue d'obtenir des prédictions d'écoulement fiables dans des réservoirs pétroliers comportant des discontinuités structurales ou sédimentaires dont les propriétés d'écoulement sont contrastées par rapport au milieu encaissant.The method can be implemented for example in the field of oil production by field engineers to obtain predictions reliable flow rates in petroleum tanks with discontinuities structural or sedimentary whose flow properties are contrasted by relation to the surrounding medium.

Par cette modélisation, il s'agit de simuler des écoulements dans un milieu poreux perméable (réservoir) traversé par un réseau de fissures et/ou de couches fines beaucoup plus conductrices que la matrice poreuse. Les réservoirs fissurés constituent un type extrême de réservoirs hétérogènes comportant deux milieux contrastés, un milieu matriciel contenant la plus grande part de l'huile en place et présentant une faible perméabilité, et un milieu fissuré représentant moins de 1% de l'huile en place et hautement conducteur. Le milieu fissuré lui-même peut être complexe, avec différents ensembles de fissures caractérisés par leur densité, longueur, orientation, inclinaison et ouverture respectives.By this modeling, it is a question of simulating flows in a medium porous permeable (reservoir) crossed by a network of cracks and / or layers fines much more conductive than the porous matrix. Cracked tanks constitute an extreme type of heterogeneous reservoirs comprising two media contrasting, a matrix medium containing most of the oil in place and exhibiting low permeability, and a cracked medium representing less than 1% of oil in place and highly conductive. The cracked medium itself can be complex, with different sets of cracks characterized by their density, length, orientation, inclination and respective opening.

Dans un réservoir en production, les conditions de pression et de débit imposées aux puits producteurs et injecteurs induisent des écoulements des fluides en place dans le réservoir (huile, gaz et eau). La simulation de ces écoulements consiste à déterminer l'évolution des pressions et des saturations dans le réservoir au cours du temps. De par la nature très hétérogène des réservoirs fracturés, les fluides se déplacent relativement vite au travers du réseau de fractures et beaucoup plus lentement dans la matrice. La simulation d'écoulements dans le contexte d'un réservoir fracturé nécessite donc une très bonne représentation des hétérogénéités majeures que constituent les fractures. La précision de cette représentation dépend du type de simulation mise en oeuvre et de la taille des fractures à modéliser. Ainsi, pour une simulation très précise d'un essai de puits, on sera amené à représenter la géométrie exacte du réseau de fractures. A l'inverse, pour la prise en compte d'un réseau dense de petites fractures à l'échelle d'un champ, on cherchera une représentation simplifiée équivalente.In a tank in production, the pressure and flow conditions imposed on the producing and injecting wells induce fluid flows in place in the tank (oil, gas and water). The simulation of these flows consists to determine the evolution of pressures and saturations in the reservoir during the time. Due to the very heterogeneous nature of fractured reservoirs, fluids are move relatively quickly through the network of fractures and much more slowly into the matrix. The simulation of flows in the context of a fractured reservoir therefore requires a very good representation of heterogeneities major fractures. The accuracy of this representation depends on the type of simulation implemented and the size of the fractures to be modeled. So, for a very precise simulation of a well test, we will have to represent the exact geometry of the fracture network. Conversely, for taking into account a dense network of small fractures on the scale of a field, we will seek a equivalent simplified representation.

La présente invention permet de simuler précisément les écoulements à l'échelle d'un champ en présence de nombreuses grandes fractures.The present invention makes it possible to simulate precisely the flows at the scale of a field in the presence of many large fractures.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Actuellement dans l'industrie pétrolière notamment, on utilise les modèles à double porosité (double milieu) pour simuler les écoulements dans des milieux fracturés, mais ils sont appliqués non au milieu géologique réel dans toute sa complexité mais à une représentation homogénéisée, suivant le modèle de réservoir dit de double milieu décrit par exemple par Warren et Root, dans « The Behavior of Naturally Fractured Reservoirs », SPE Journal, 1963. Tout volume élémentaire du réservoir fissuré est considéré comme constitué de deux milieux homogènes équivalents à l'échelle de la maille du simulateur : un milieu fissure et un milieu matrice. L'écoulement des fluides à l'échelle du réservoir s'effectue principalement à travers le milieu fissure et des échanges de fluides surviennent localement entre les fissures et les blocs matriciels. Cette représentation qui ne rend pas compte de la complexité du réseau de fractures dans un réservoir, se révèle efficace néanmoins à l'échelon d'une maille de réservoir ayant typiquement pour dimensions 100m x 100m. La modélisation en double milieu permet de reproduire le comportement à l'écoulement des deux milieux et leurs interactions sans pour autant devoir recourir à une modélisation explicite des deux milieux.Currently in the petroleum industry in particular, models are used. double porosity (double medium) to simulate flows in media fractured but they are applied not to the actual geological medium in all of its complexity but with a homogenized representation, according to the reservoir model said of double medium described for example by Warren and Root, in "The Behavior of Naturally Fractured Reservoirs ”, SPE Journal, 1963. Any elementary volume of the cracked tank is considered to consist of two homogeneous media equivalent to the mesh scale of the simulator: a crack medium and a medium matrix. The flow of fluids on the tank scale is mainly carried out at through the crack medium and fluid exchanges occur locally between the cracks and matrix blocks. This representation which does not reflect the complexity of the network of fractures in a reservoir, is nevertheless effective at the rung of a tank mesh typically having the dimensions 100m x 100m. Dual medium modeling allows to reproduce the behavior at the flow of the two media and their interactions without having to resort to an explicit modeling of the two environments.

Par le brevet FR-A-2.757.947 (US 6 023 656) du demandeur, on connaít une technique de détermination de la perméabilité de fissure équivalente d'un réseau de fissures dans un milieu multi-couche souterrain à partir d'une représentation connue de ce réseau. Elle permet de relier de manière systématique des modèles de caractérisation de réservoir fissuré à des simulateurs double porosité en vue de réaliser une modélisation plus réaliste d'une structure géologique souterraine fissurée.By patent FR-A-2,757,947 (US 6,023,656) of the applicant, we know a technique for determining the equivalent crack permeability of a network of cracks in an underground multi-layer medium from a known representation of this network. It allows to systematically link models of characterization of a cracked reservoir with dual porosity simulators in order to more realistic modeling of a cracked underground geological structure.

Par le brevet FR-A-2.757.957 du demandeur, on connaít une technique pour obtenir une modélisation simplifiée d'un milieu géologique hétérogène poreux (tel qu'un réservoir traversé par un réseau irrégulier de fissures par exemple) sous la forme d'un milieu transposé ou équivalent de manière à ce que le milieu transposé soit équivalent au milieu d'origine, relativement à un type déterminé de fonction de transfert physique (connu pour le milieu transposé).By patent FR-A-2,757,957 of the applicant, we know a technique for obtain a simplified modeling of a porous heterogeneous geological medium (such that a reservoir crossed by an irregular network of cracks for example) under the form of a transposed medium or equivalent so that the transposed medium is equivalent to the medium of origin, relative to a determined type of function of physical transfer (known for the transposed environment).

Par la demande de brevet FR 98/15.727 du demandeur, on connaít également une méthode pour modéliser les flux de fluides dans un milieu poreux multi-couches fissuré en tenant compte de la géométrie réelle du réseau de fissures et des échanges locaux entre la matrice poreuse et les fissures en chaque noeud du réseau. On discrétise le milieu fissuré par un maillage, on centre les mailles de fissure sur des noeuds aux différentes intersections des fissures, chaque noeud étant associé à un volume de matrice, et l'on détermine les flux entre chaque maille de fissure et le volume de matrice associé dans un régime de flux semi-permanent.By patent application FR 98 / 15.727 of the applicant, we also know a method for modeling the flow of fluids in a porous multi-layer medium cracked taking into account the real geometry of the network of cracks and exchanges premises between the porous matrix and the cracks in each node of the network. We discretizes the cracked medium by a mesh, one centers the meshs of crack on nodes at the different intersections of the cracks, each node being associated with a volume of matrix, and one determines the fluxes between each mesh of crack and the volume of associated matrix in a semi-permanent flow regime.

Il existe des cas où les techniques précédentes sont difficiles à mettre en oeuvre, où l'on se trouve en présence d'un milieu traversé par de grandes fractures ou failles sub-sismiques dont le comportement hydraulique n'est pas homogénéisable à l'échelle de la maille. Une modélisation explicite de ces objets est alors nécessaire a priori mais leur nombre trop élevé rendrait une telle approche prohibitive à l'échelle d'un champ (nombre de mailles trop élevé et contraintes numériques). Le même problème se pose pour des réservoirs renfermant des bancs minces et très perméables dont le comportement s'apparente à celui de grandes fractures horizontales.There are cases where the above techniques are difficult to implement work, where one is in the presence of a medium crossed by large fractures or sub-seismic faults whose hydraulic behavior cannot be homogenized at the scale of the mesh. Explicit modeling of these objects is then necessary to a priori but their number too high would make such an approach prohibitive on the scale of a field (too many meshes and numerical constraints). The same problem arises for tanks containing thin and very permeable benches whose behavior is similar to that of large horizontal fractures.

La méthode selon l'inventionThe method according to the invention

La méthode de modélisation selon l'invention permet de simuler des écoulements de fluides dans un milieu géologique poreux fissuré de structure connue que l'on discrétise par un maillage et que l'on modélise en considérant que chaque volume élémentaire du milieu géologique fissuré est constitué d'un milieu fissure et d'un milieu matrice équivalents à l'échelle de chaque maille entre lesquels on détermine les échanges de fluides, ce milieu géologique étant traversé par un réseau de d'objets conducteurs de fluides de géométrie définie mais non homogénéisables à l'échelle de chaque maille du modèle (des grandes fractures, des failles sub-sismiques par exemple, des couches sédimentaires très perméables, etc.). La méthode comporte une détermination des échanges intervenant entre le milieu matrice et le milieu fissure, et une modélisation des transmissivités des différentes mailles traversées par chaque objet conducteur, de façon que la transmissivité résultante corresponde à la transmissivité directe le long de cet objet conducteur.The modeling method according to the invention makes it possible to simulate fluid flows in a cracked porous geological medium of known structure that we discretize by a mesh and that we model by considering that each elementary volume of the cracked geological medium consists of a crack medium and of a matrix medium equivalent to the scale of each mesh between which one determines the exchange of fluids, this geological medium being crossed by a network of conductive objects of fluids of defined geometry but not homogenizable with the scale of each mesh of the model (large fractures, sub-seismic faults for example, very permeable sedimentary layers, etc.). The method involves a determination of the exchanges occurring between the matrix medium and the middle crack, and a modelization of the transmissivities of the various meshes traversed by each conductive object, so that the resulting transmissivity corresponds to direct transmissivity along this conductive object.

Dans le cas où les objets conducteurs sont des couches sédimentaires très perméables, on attribue à la transmissivité entre mailles traversées par chaque couche très perméable une valeur dépendant des dimensions des mailles et de l'aire de contact commune entre couches à la jonction des mailles adjacentes.In the case where the conductive objects are very sedimentary layers permeable, we attribute to the transmissivity between meshes crossed by each layer very permeable a value depending on the dimensions of the meshes and the area of common contact between layers at the junction of adjacent meshes.

Dans le cas où les objets conducteurs sont des fractures, on attribue à la transmissivité entre mailles traversées par chaque fracture, une transmissivité dépendant des dimensions des mailles et de l'aire commune de la fracture à la jonction des mailles adjacentes.In the case where the conductive objects are fractures, we attribute to the transmissivity between meshes crossed by each fracture, a transmissivity depending on the dimensions of the meshes and the common area of the fracture at the junction of adjacent meshes.

Dans toutes les mailles traversées par des objets conducteurs géométriquement définis (blocs matriciels de formes et de tailles irrégulières), on détermine un milieu transposé comportant un ensemble de blocs régulièrement disposés et séparés par un maillage régulier de fissures donnant sensiblement la même fonction de récupération de fluide lors d'un processus d'imbibition capillaire que le milieu réel. On calcule la dimension verticale des blocs du milieu transposé à partir des positions des couches sédimentaires très perméables dans la maille et on obtient les dimensions horizontales des blocs de ce milieu transposé, à partir d'une image à deux dimensions (2D) du milieu géologique sous la forme d'une série de pixels, par :

  • la détermination, pour chaque pixel, de la distance minimale qui le sépare de la fissure la plus proche ;
  • la formation d'une distribution du nombre de pixels par rapport à la distance minimale au milieu fissuré et la détermination, à partir de cette distribution, de la fonction de récupération (R) dudit ensemble de blocs ; et
  • la détermination de dimensions des blocs réguliers équivalents du milieu transposé à partir de la récupération (R) et de la récupération du bloc équivalent.
In all the meshes crossed by geometrically defined conductive objects (matrix blocks of irregular shapes and sizes), a transposed medium is determined comprising a set of blocks regularly arranged and separated by a regular mesh of cracks giving substantially the same recovery function of fluid during a capillary imbibition process than the real medium. The vertical dimension of the blocks of the transposed medium is calculated from the positions of the very permeable sedimentary layers in the mesh and the horizontal dimensions of the blocks of this transposed medium are obtained from a two-dimensional (2D) image of the geological medium. as a series of pixels, by:
  • the determination, for each pixel, of the minimum distance which separates it from the nearest crack;
  • forming a distribution of the number of pixels with respect to the minimum distance from the cracked medium and determining, from this distribution, the recovery function (R) of said set of blocks; and
  • determining the dimensions of the equivalent regular blocks of the transposed medium from the recovery (R) and the recovery of the equivalent block.

Présentation des figuresPresentation of the figures

D'autres caractéristiques et avantages de la méthode selon l'invention, apparaítront à la lecture de la description ci-après d'un exemple non limitatif de réalisation, en se référant aux dessins annexés où :

  • la Fig.1 montre schématiquement deux mailles adjacentes d'une même couche d'un maillage de réservoir où la présence de niveaux sédimentaires fins et très perméables induit une transmissivité horizontale dans le milieu « fissure » ;
  • la Fig.2 montre un maillage de réservoir traversé par un réseau de fissures ;
  • la Fig.3 montre des mailles O, A, B, C d'un réservoir traversée par une fissure que l'on modélise par des transmissivités fissure-fissure ;
  • la Fig.4 illustre le mode de calcul de la transmissivité entre deux mailles A et B traversées par une fissure ;
  • la Fig.5 montre par comparaison le trajet en marches d'escalier au travers de mailles traversées par une fracture oblique, que l'on prend en compte pour les besoins de la simulation, et dont la transmissivité, selon le mode de calcul choisi, est cependant équivalente à la transmissivité réelle directement le long de la fracture ; et
  • la Fig.6 illustre le mode de calcul de la taille d'un bloc équivalent en fonction du nombre de niveaux sédimentaires très perméable traversant une maille ;
  • la Fig.7 présente un exemple de pixels voisins servant au calcul de la valeur attribuée à un pixel ; et
  • la Fig. 8 présente une variation possible d'une zone envahie normée en fonction de la distance aux fissures.
Other characteristics and advantages of the method according to the invention will appear on reading the following description of a non-limiting example of embodiment, with reference to the appended drawings where:
  • Fig.1 schematically shows two adjacent meshes of the same layer of a reservoir mesh where the presence of fine and very permeable sedimentary levels induces horizontal transmissivity in the "crack"medium;
  • Fig.2 shows a reservoir mesh crossed by a network of cracks;
  • Fig.3 shows meshes O, A, B, C of a reservoir crossed by a crack which is modeled by crack-crack transmissivities;
  • Fig.4 illustrates the method of calculating the transmissivity between two meshes A and B crossed by a crack;
  • Fig. 5 shows by comparison the path in staircase steps through meshes crossed by an oblique fracture, which is taken into account for the needs of the simulation, and whose transmissivity, according to the chosen calculation method, is however equivalent to the real transmissivity directly along the fracture; and
  • Fig.6 illustrates the method of calculating the size of an equivalent block as a function of the number of very permeable sedimentary levels crossing a mesh;
  • Fig.7 shows an example of neighboring pixels used to calculate the value assigned to a pixel; and
  • Fig. 8 shows a possible variation of a normalized invaded area as a function of the distance to the cracks.

DESCRIPTION DETAILLEEDETAILED DESCRIPTION

On va considérer ci-après l'exemple d'un réservoir poreux traversé par un réseau de fractures F (Fig.2) que l'on suppose verticales pour simplifier et par des niveaux sédimentaires fins (sub-horizontaux) L (Fig.1) dont les propriétés pétrophysiques (perméabilité notamment) sont contrastées par rapport à l'encaissant matriciel. Ce réservoir est modélisé sous forme de deux grilles « superposées » (modèle double milieu), l'une d'elles, qualifiée de « matrice », représentant l'encaissant matriciel, l'autre, qualifiée de « fissure », représentant l'ensemble des discontinuités considérées (fractures et niveaux fins perméables). Les écoulements sont calculés au sein respectivement de la grille matrice et de la grille fissure ; de plus, des termes d'échange relient les inconnues de chaque couple de mailles matrice et fissure du modèle au moyen de formulations adaptées. La méthode qui va être décrite permet de calculer les transmissivités entre mailles « fissure» et les échanges « matrice-fissure ». Les échanges entre les mailles matrice sont calculées de manière standard bien connue des gens de l'art. We will consider below the example of a porous reservoir crossed by a network of fractures F (Fig. 2) which are assumed to be vertical to simplify and by fine sediment levels (sub-horizontal) L (Fig. 1) whose properties petrophysics (notably permeability) are contrasted with respect to the host matrix. This tank is modeled in the form of two "superimposed" grids (double medium model), one of them, qualified as “matrix”, representing the matrix, the other, qualified as a “crack”, representing all of the discontinuities considered (fractures and fine permeable levels). The flows are calculated within the matrix grid and the crack grid respectively; of more, terms of exchange connect the unknown factors of each pair of matrix meshes and cracking of the model by means of suitable formulations. The method that is going to be described makes it possible to calculate the transmissivities between “crack” meshes and the exchanges "Matrix-crack". The exchanges between the matrix meshes are calculated so standard well known to those skilled in the art.

I-Transmissivités entre mailles « fissure »I-Transmissivities between “crack” meshes I-1 Transmissivités associées aux niveaux sédimentaires fins et perméablesI-1 Transmissivities associated with fine sedimentary levels and permeable

Les niveaux sédimentaires fins et perméables sont inclus dans le milieu « fissure » du modèle double milieu. Dans une maille traversée par de tels niveaux sédimentaires, les propriétés pétrophysiques de ces niveaux (porosité, perméabilité, saturation en eau) sont affectées au milieu fissure de la maille et les propriétés du reste de la roche contenue dans la maille sont affectées au milieu matrice de la même maille.Fine and permeable sedimentary levels are included in the environment "Crack" of the double middle model. In a mesh crossed by such levels sedimentary, the petrophysical properties of these levels (porosity, permeability, water saturation) are affected in the middle crack of the mesh and the properties of rest of the rock contained in the mesh are affected in the middle matrix of the same mesh.

La présence de niveaux sédimentaires fins et très perméable dans deux mailles adjacentes induit une transmissivité horizontale dans le milieu « fissure » entre les deux mailles (transmissivité « fissure-fissure »). Le schéma de la Fig.1 montre deux mailles adjacentes (dans la même couche du maillage réservoir) contenant de tels niveaux. On note qu'il n'y a pas de transmissivité verticale « fissure-fissure » induite puisque les niveaux sont horizontaux.The presence of fine and very permeable sedimentary levels in two adjacent meshes induces horizontal transmissivity in the “crack” medium between the two meshes (“crack-crack” transmissivity). The diagram in Fig. 1 shows two adjacent meshes (in the same layer of the reservoir mesh) containing such levels. We note that there is no vertical transmissivity Induced "crack-crack" since the levels are horizontal.

Dans cet exemple, la transmissivité horizontale « fissure-fissure » entre les mailles i et i+1 est calculée comme suit : Tsi,i+1 = Ks·Esi,i+1·ΔYΔX ,

  • Ks est la perméabilité des niveaux sédimentaires très perméables,
    • Y est la taille des mailles en Y,
    • X est la taille en X, et
  • Esi,i+1 est l'épaisseur des contacts entre niveaux sédimentaires fins et très perméables des deux mailles adjacentes i et i+1.
  • In this example, the horizontal “crack-crack” transmissivity between the meshes i and i + 1 is calculated as follows: Ts i, i + 1 = Ks · Es i, i + 1 ΔY ΔX , or
  • Ks is the permeability of very permeable sedimentary levels,
    • Y is the size of the meshes in Y,
    • X is the size in X, and
  • Es i, i + 1 is the thickness of the contacts between fine and very permeable sedimentary levels of the two adjacent meshes i and i + 1.
  • Cette épaisseur est nulle si les niveaux des deux mailles ne sont pas connectés. A l'inverse, s'ils sont totalement connectés, elle peut être égale à la plus petite des épaisseurs cumulées de niveaux dans les deux mailles.This thickness is zero if the levels of the two meshes are not connected. Conversely, if they are fully connected, it can be equal to the most small of the cumulative thicknesses of levels in the two meshes.

    I-2 Transmissivités associées aux fracturesI-2 Transmissivities associated with fractures

    Le réseau de fractures verticales est aussi pris en compte dans le milieu « fissure » de l'approche double milieu. Dans chaque couche du modèle réservoir (Fig.2), ce réseau peut être représenté par une série de segments fissure qui traversent le maillage réservoir, comme sur le schéma suivant :The network of vertical fractures is also taken into account in the environment "Crack" of the double middle approach. In each layer of the reservoir model (Fig. 2), this network can be represented by a series of crack segments which cross the reservoir mesh, as in the following diagram:

    Les données relatives à ces segments fissure sont :

    • la perméabilité fissure Kf,
    • l'épaisseur de la fissure Ef, et
    • la longueur de fissure Lf.
    The data relating to these crack segments are:
    • crack permeability Kf,
    • the thickness of the crack Ef, and
    • the crack length Lf.

    La porosité de fissure •f, calculée par la formule suivante : Φf = Lf·EfΔX·ΔY The crack porosity • f, calculated by the following formula: Φf = Lf · Ef ΔX · ΔY

    La communication entre les mailles du réservoir à travers le réseau de fractures est modélisée par des transmissivités fissure-fissure. Sur l'exemple de la Fig.3, des transmissivités fissure-fissure sont calculées entre les mailles traversées par la fracture, c'est à dire pour les couples O et A, A et B et B et C : TFOA, TFAB et TFBC.The communication between the cells of the reservoir through the network of fractures is modeled by crack-crack transmissivities. On the example of Fig.3, crack-crack transmissivities are calculated between the meshes crossed by the fracture, i.e. for the couples O and A, A and B and B and C: T FOA , T FAB and T FBC .

    Cet exemple montre que le chemin réel d'un flux à travers une fracture peut être éloigné du trajet imposé par la modélisation qui passe par les centres des mailles O, A, B et C. La solution qui consisterait à remplacer le segment de fracture par une ligne brisée passant par les centres de mailles conduirait à une mauvaise simulation des flux à travers ces mailles. This example shows that the actual path of a flow through a fracture can to be far from the way imposed by the modeling which passes by the centers of the meshes O, A, B and C. The solution which would consist in replacing the fracture segment by a broken line passing through the mesh centers would lead to a bad simulation flows through these meshes.

    Aussi, on détermine la transmissivité horizontale « fissure-fissure » entre deux mailles traversées par la même fracture (cf. Fig.4), comme suit : TfAB = Kf·Ef·ΔZLab où:

  • Kf est la perméabilité intrinsèque de la fracture,
  • Ef est l'épaisseur de la fracture,
  • •Z est l'épaisseur de la couche,
  • Lab est la longueur du segment ab,
  • a est le milieu du segment de fracture traversant la maille A, et
  • b est le milieu du segment de fracture traversant la maille B
  • Also, one determines the horizontal “crack-crack” transmissivity between two meshes crossed by the same fracture (cf. Fig.4), as follows: T FAB = Kf · Ef · ΔZ L ab or:
  • Kf is the intrinsic permeability of the fracture,
  • Ef is the thickness of the fracture,
  • • Z is the thickness of the layer,
  • L ab is the length of segment ab,
  • a is the midpoint of the fracture segment crossing mesh A, and
  • b is the middle of the fracture segment crossing mesh B
  • On note que plus la longueur Lab est petite, plus la transmissivité « fissure-fissure » entre les mailles A et B est grande. Ainsi, on corrige numériquement l'effet de grille qui impose un chemin en marches d'escalier au flux.It is noted that the smaller the length L ab , the greater the “crack-crack” transmissivity between the meshes A and B. Thus, we digitally correct the grid effect which imposes a staircase path on the flow.

    Ainsi le flux entre deux mailles distantes reliées par une fracture peut être correctement simulé en dépit du trajet en escalier (Fig.5) imposé par la grille. En effet, sur l'exemple de la Fig. 5, on peut vérifier que :
    Σ 1 / Tfi = 1 / TfMN où les Tfi sont les transmissivités « fissure-fissure » entre mailles réservoir cartésiennes le long du trajet en marches d'escalier reliant M et N, et TfMN est la transmissivité réelle de la fracture entre M et N.
    Thus the flow between two distant meshes connected by a fracture can be correctly simulated despite the staircase path (Fig.5) imposed by the grid. Indeed, on the example of FIG. 5, we can verify that:
    Σ 1 / T fi = 1 / T fMN where the T fi are the “crack-crack” transmissivities between Cartesian reservoir cells along the staircase path connecting M and N, and T fMN is the real transmissivity of the fracture between M and N.

    Concernant la perméabilité verticale « fissure-fissure » induite par la présence d'une fracture traversant plusieurs couches du réservoir, on a : TfV = Kf·Ef·LfΔZ où :

  • Kf est la perméabilité intrinsèque de la fracture,
  • Ef est l'épaisseur de la fracture,
  • •Z est l'épaisseur de la couche,
  • Lf est la longueur du segment de fracture dans la maille considérée.
  • Concerning the vertical “crack-crack” permeability induced by the presence of a fracture crossing several layers of the reservoir, we have: T fV = Kf · Ef · Lf ΔZ or :
  • Kf is the intrinsic permeability of the fracture,
  • Ef is the thickness of the fracture,
  • • Z is the thickness of the layer,
  • L f is the length of the fracture segment in the considered mesh.
  • Enfin, quand plusieurs fractures traversent une maille, les transmissivités calculées pour ces fractures prises individuellement sont ajoutées.Finally, when several fractures cross a mesh, the transmissivities calculated for these individual fractures are added.

    I-3 Transmissivité résultanteI-3 Resulting transmissivity

    Les transmissivités relatives aux niveaux sédimentaires très perméables (Ts) et les transmissivités relatives aux fracture (Tf) sont calculées séparément suivant les méthodes exposées précédemment. Les transmissivités « fissure-fissure » du modèle double milieu final sont calculées simplement par addition des Ts et Tf.The transmissivities relating to the highly permeable sedimentary levels (T s ) and the transmissivities relating to the fracture (T f ) are calculated separately according to the methods described above. The “crack-crack” transmissivities of the final double medium model are calculated simply by adding T s and T f .

    De même, la porosité finale du milieu « fissure » dans chaque maille est la somme des porosités dues aux niveaux sédimentaires très perméables d'une part et aux fractures d'autre part.Likewise, the final porosity of the “crack” medium in each mesh is the sum of the porosities due to the very permeable sedimentary levels on the one hand and fractures on the other hand.

    II- Dimensions de bloc matriciel équivalentII- Dimensions of equivalent matrix block II-1 Dimensions horizontalesII-1 Horizontal dimensions

    Les dimensions horizontales du bloc équivalent (a,b) sont contrôlées par les fractures verticales présentes dans le réservoir. En effet, les échanges « matrice-fissure » dues aux fractures verticales sont uniquement horizontaux.The horizontal dimensions of the equivalent block (a, b) are controlled by the vertical fractures in the tank. Indeed, the “matrix-crack” exchanges »Due to vertical fractures are only horizontal.

    Dans chaque maille traversée par au moins une fracture, ces dimensions horizontales sont calculées par la méthode décrite dans le brevet FR 2.757.957 précité. Pour les mailles dans lesquelles il n'y a pas de fracture, les dimensions horizontales de bloc équivalent sont infinies. Pratiquement, on leur affecte une valeur très grande (par exemple 10 km). Selon cette méthode on détermine les dimensions de bloc équivalent par identification des comportements du milieu fracturé réel et du milieu équivalent pour un mécanisme d'imbibition diphasique eau-huile. Cela consiste en la mise en adéquation de la fonction de récupération d'huile R(t) (du milieu fracturé réel) obtenue par une méthode de traitement d'image (décrite plus bas) et de la fonction de récupération Req(t) du milieu équivalent dont l'expression analytique est connue et dépend des dimensions du bloc équivalent.In each mesh crossed by at least one fracture, these dimensions horizontal are calculated by the method described in patent FR 2,757,957 cited above. For meshes in which there is no fracture, the dimensions equivalent block horizontals are infinite. In practice, we assign them a value very large (eg 10 km). According to this method we determine the dimensions of equivalent block by identifying the behaviors of the real fractured medium and the equivalent medium for a two-phase water-oil imbibition mechanism. That consists in matching the oil recovery function R (t) (of the real fractured medium) obtained by an image processing method (described more bottom) and of the recovery function Req (t) of the equivalent medium whose expression analytical is known and depends on the dimensions of the equivalent block.

    II-1-a) Formulation géométriqueII-1-a) Geometric formulation

    Les fissures étant définies par les coordonnées de leurs points limites sur une coupe bidimensionnelle XY d'une couche, le processus d'imbibition par lequel de l'eau est présente dans les fissures et de l'huile est présente dans les blocs matriciels doit être déterminé. On suppose que l'invasion de la matrice par de l'eau est du type piston. On admet que la fonction x=f(t) qui relie l'avancée du front d'eau au temps est la même pour tous les blocs matriciels, quelle que soit leur forme, et pour tous les blocs élémentaires. Par conséquent, la mise en adéquation des fonctions R(t) et Req(t) équivaut à la mise en adéquation des fonctions R(x) et Req(x). Ces fonctions définissent physiquement des zones normées envahies par l'eau en fonction de l'avancée du front d'imbibition dans le milieu fissuré.The cracks being defined by the coordinates of their limit points on a two-dimensional XY cut of a layer, the process of imbibition by which of water is present in the cracks and oil is present in the matrix blocks must be determined. We suppose that the invasion of the matrix by water is of the type piston. We admit that the function x = f (t) which links the advance of the water front to time is the same for all matrix blocks, whatever their shape, and for all elementary blocks. Consequently, the matching of the functions R (t) and Req (t) is equivalent to matching the functions R (x) and Req (x). These functions physically define standardized areas overgrown with water based on the advance of the imbibition front in the cracked medium.

    En 2D, l'expression analytique de Req(x) est la suivante :

    Figure 00110001
    où a et b sont les dimensions du bloc rectangulaire ou carré équivalent (a et b > 0) :In 2D, the analytical expression of Req (x) is as follows:
    Figure 00110001
    where a and b are the dimensions of the equivalent rectangular or square block (a and b> 0):

    La fonction R(x) n'a pas d'expression analytique. Elle est calculée à partir d'une discrétisation de la coupe XY de la couche étudiée suivant l'algorithme défini ci-après.The function R (x) has no analytical expression. It is calculated from of a discretization of the XY cut of the studied layer according to the defined algorithm below.

    II-1-b) Algorithme de calcul de la fonction R(x)II-1-b) Algorithm for calculating the function R (x)

    La coupe XY de la couche étudiée est considérée comme une image dont chaque pixel représente un élément de surface. Ces pixels sont espacés régulièrement d'un pas dX dans la direction X et dY dans la direction Y (Fig.7). L'algorithme mis en oeuvre vise à déterminer, pour chaque pixel de cette image, la distance minimale qui le sépare de la fissure la plus proche.The XY section of the studied layer is considered as an image whose each pixel represents a surface element. These pixels are evenly spaced of a step dX in the direction X and dY in the direction Y (Fig. 7). The algorithm put implemented aims to determine, for each pixel of this image, the minimum distance which separates it from the nearest crack.

    L'image est traduite par un tableau de nombres réels à deux dimensions : Pict[0 :nx+1,0 :ny+1] où nx et ny sont les nombres de pixels de l'image dans les directions X et Y. En pratique, le nombre total de pixels (nx.ny) est par exemple de l'ordre du million. Les valeurs des éléments du tableau Pict sont les distances recherchées.The image is translated by an array of two-dimensional real numbers: Pict [0: nx + 1.0: ny + 1] where nx and ny are the pixel numbers of the image in the directions X and Y. In practice, the total number of pixels (nx.ny) is for example of the order of a million. The values of the elements of the Pict array are the distances wanted.

    Initialisation : Tous les pixels par lesquels passe une fissure sont à une distance nulle de la fissure la plus proche. Pour ces pixels, le tableau Pict est donc initialisé à la valeur 0. Ceci est fait par un algorithme connu en soi (l'algorithme de Bresline par exemple) auquel on donne les coordonnées des pixels correspondants aux deux extrémités d'une fissure considérée comme un segment de droite et qui initialise (à 0 dans le cas présent) les pixels les plus proches. Les autres éléments de Pict sont initialisés à une valeur supérieure à la plus grande distance existant entre deux pixels de l'image. Cette valeur est par exemple nx.dX +ny.dY. Initialization: All the pixels through which a crack passes are at a zero distance from the nearest crack. For these pixels, the table Pict is therefore initialized to the value 0. This is done by an algorithm known per se (the Bresline algorithm for example) to which one gives the coordinates of the pixels corresponding to the two ends of a crack considered as a line segment and which initializes (to 0 in this case) the nearest pixels. The other elements of Pict are initialized to a value greater than the greatest distance existing between two pixels of the image. This value is for example nx.dX + ny.dY.

    Calcul : Pour un pixel donné, le calcul de la distance recherchée à la fissure la plus proche se fait à partir des valeurs de distance déjà calculées pour les pixels voisins. On lui affecte une valeur qui, si elle s'avère inférieure à la valeur qui lui a été assignée initialement, est le minimum des valeurs des pixels voisins auxquelles on ajoute la distance de ces pixels à celui considéré. Computation: For a given pixel, the computation of the distance sought with the nearest crack is done starting from the values of distance already calculated for the neighboring pixels. It is assigned a value which, if it turns out to be less than the value which was initially assigned to it, is the minimum of the values of the neighboring pixels to which the distance of these pixels is added to that considered.

    Ce calcul est réalisé en deux phases successives. Lors de la passe descendante, on parcourt l'image ligne par ligne, de haut en bas et de gauche à droite (de Pict [1,1] à Pict [nx,ny]). Les pixels dont on tient compte sont différents selon que l'on est dans une passe descendante ou une passe montante. Comme le montre la Fig. 7, les pixels en noir et en grisé sont ceux que l'on prend en compte respectivement durant les passes descendantes et les passes ascendantes, pour le pixel Px. This calculation is carried out in two successive phases. During the pass descending, we browse the image line by line, from top to bottom and from left to right (from Pict [1,1] to Pict [nx, ny]). The pixels taken into account are different depending on whether one is in a downward pass or an upward pass. As the Fig. 7, the pixels in black and grayed out are those that are taken into account respectively during the descending passes and the ascending passes, for the pixel Px.

    L'écart oblique dxy étant défini comme : dxy = dx2 + dy2 , l'algorithme s'écrit :

    Figure 00130001
    The oblique deviation dxy being defined as: dxy = dx 2 + dy 2 , the algorithm is written:
    Figure 00130001

    Histogramme : A partir du tableau Pict ainsi calculé, on peut tracer un histogramme en classant les valeurs non nulles (celles affectées aux pixels hors des fissures) par ordre croissant. Histogram: From the Pict table thus calculated, we can draw a histogram by classifying the non-zero values (those assigned to the pixels outside the cracks) in ascending order.

    Le cumulé de cet histogramme donne, pour toute distance délimitant deux intervalles de l'histogramme, le nombre de pixels non nuls dont la valeur est inférieure à cette distance. Dans l'application décrite à un milieu poreux fissuré où cette distance correspond à l'avancée du front d'eau, le cumulé de l'histogramme indique donc l'aire envahie par l'eau. La courbe R(x) est obtenue en divisant ce cumulé par le nombre total de pixels non nuls (pour la normer). Le nombre d'intervalles utilisés en abscisse pour l'histogramme correspond au nombre de points de discrétisation de la courbe R(x). On le choisit égal à 500 par exemple.The cumulative of this histogram gives, for any distance delimiting two histogram intervals, the number of non-zero pixels whose value is less than this distance. In the application described to a cracked porous medium where this distance corresponds to the advance of the water front, the cumulative of the histogram therefore indicates the area invaded by water. The curve R (x) is obtained by dividing this accumulated by the total number of non-zero pixels (to normalize it). The number of intervals used on the abscissa for the histogram corresponds to the number of points of discretization of the curve R (x). We choose it equal to 500 for example.

    II-1-c) Recherche des dimensions du bloc équivalentII-1-c) Finding the dimensions of the equivalent block

    A ce stade, on connaít la fonction R(x) et l'on cherche les paramètres (a,b) (dimensions du bloc équivalent qui minimisent la fonctionnelle) :

    Figure 00140001
    où N est le nombre de points de discrétisation de R(x) et (xi) sont les abscisses de ces points de discrétisation.At this stage, we know the function R (x) and we look for the parameters ( at , b ) (dimensions of the equivalent block which minimize the functional):
    Figure 00140001
    where N is the number of discretization points of R (x) and (x i ) are the abscissas of these discretization points.

    Discrétisation suivant l'ordonnée de R(x) :Discretization according to the ordinate of R (x):

    Pour donner autant de poids à tous les volumes d'huile récupérés lors de l'imbibition, la courbe R(x) est re-discrétisée suivant un pas constant sur l'axe des ordonnées (Fig. 8). La suite (xi) utilisée par la fonctionnelle est déduite de cette discrétisation.To give as much weight to all the volumes of oil recovered during imbibition, the curve R (x) is re-discretized according to a constant step on the ordinate axis (Fig. 8). The sequence (x i ) used by the functional is deduced from this discretization.

    Minimisation de la fonctionnelle :Minimization of the functional:

    Comme a et b jouent des rôles symétriques dans l'expression Req(a,b,x), on utilise en fait la fonctionnelle :

    Figure 00140002
    As a and b play symmetrical roles in the expression Req (a, b, x), we actually use the functional:
    Figure 00140002

    Minimiser cette fonctionnelle revient à trouver le couple (u,v) pour lequel

    Figure 00150001
    (u,v) = 0. Ceci est fait par un algorithme de Newton.Minimizing this functional means finding the couple ( u , v ) for which
    Figure 00150001
    ( u , v ) = 0. This is done by a Newton algorithm.

    Ensuite, le couple (a,b) recherché est déduit de (u,v). Trois cas peuvent se présenter:

  • 1) v > 0 signifie qu'une des valeurs du couple (a,b) est négative, ce qui n'a aucun sens physique. On pose alors v=0 dans l'expression de R
    Figure 00150002
    q(u,v,x), ce qui implique que les fissures sont parallèles. L'opération est recommencée et le couple (a,b) est calculé comme suit :
    Figure 00150003
  • 2) Le cas u 2 + 4v < 0 est dépourvu de tout sens physique également puisqu'il signifie que (a,b) ne sont pas réels. On pose alors u2 + 4v = 0, ce qui impose que le bloc élémentaire recherché a la forme d'un carré (a=b). Après minimisation, le couple (a,b) est calculé comme suit :
    Figure 00150004
  • 3) Pour les autres valeurs du couple (u,v), on a :
    Figure 00150005
  • Then the couple ( at , b ) sought is deduced from ( u , v ). Three cases can arise:
  • 1) v > 0 means that one of the values of the couple ( at , b ) is negative, which has no physical meaning. We then set v = 0 in the expression of R
    Figure 00150002
    q (u, v, x), which implies that the cracks are parallel. The operation is restarted and the couple ( at , b ) is calculated as follows:
    Figure 00150003
  • 2) The case u 2 + 4 v <0 is also devoid of any physical meaning since it means that ( at , b ) are not real. We then set u 2 + 4v = 0, which requires that the elementary block sought has the shape of a square (a = b). After minimization, the couple ( at , b ) is calculated as follows:
    Figure 00150004
  • 3) For the other values of the torque ( u , v ), we have :
    Figure 00150005
  • II-2 Dimension verticaleII-2 Vertical dimension

    La dimension verticale (c) du bloc équivalent est contrôlée par les niveaux sédimentaires horizontaux, fins et très perméables (Fig.6). Les échanges « matrice-fissure » résultants de ces niveaux sont en effet uniquement verticaux.The vertical dimension (c) of the equivalent block is controlled by the levels horizontal sediment, fine and very permeable (Fig. 6). The “matrix-crack” exchanges »Resulting from these levels are indeed only vertical.

    Dans chaque maille traversée par au moins un niveau très perméable, la dimension verticale du bloc équivalent est calculée par la formule suivante : c = ΔZNs où •Z est l'épaisseur de la maille et Ns est le nombre de niveaux sédimentaires très perméables distincts dans la maille. Par exemple, sur le schéma suivant, Ns vaut 2 :In each mesh crossed by at least one very permeable level, the vertical dimension of the equivalent block is calculated by the following formula: c = ΔZ Ns where • Z is the thickness of the mesh and Ns is the number of distinct very permeable sedimentary levels in the mesh. For example, on the following diagram, Ns is worth 2:

    Pour les mailles dans lesquelles il n'y a pas de niveaux fins très perméables, la hauteur de bloc équivalent est infinie. Pratiquement, on leur affecte aussi une très grande valeur (par exemple 10 km).For meshes in which there are no very permeable fine levels, the equivalent block height is infinite. In practice, they are also assigned a very great value (eg 10 km).

    Claims (4)

    Méthode de modélisation permettant de simuler des écoulements de fluides dans un milieu géologique poreux fissuré de structure connue que l'on discrétise par un maillage et que l'on modélise en considérant que chaque volume élémentaire du milieu géologique fissuré est constitué d'un milieu fissure et d'un milieu matrice équivalents à l'échelle de chaque maille entre lesquels on détermine les échanges de fluides, ce milieu géologique étant traversé par un réseau d'objets conducteurs de fluides de géométrie définie mais non homogénéisables à l'échelle de chaque maille du modèle, comportant une détermination des échanges intervenant entre le milieu matrice et le milieu fissure, caractérisée en ce que l'on modélise les transmissivités des différentes mailles traversées par chaque objet conducteur, de façon que la transmissivité résultante corresponde à la transmissivité directe le long de cet objet conducteur.Modeling method making it possible to simulate fluid flows in a cracked porous geological medium of known structure which is discretized by a mesh and which is modeled by considering that each elementary volume of the cracked geological medium consists of a crack medium and of a matrix medium equivalent to the scale of each mesh between which the exchange of fluids is determined, this geological medium being crossed by a network of conductive objects of fluids of defined geometry but not homogenizable on the scale of each mesh of the model, comprising a determination of the exchanges occurring between the matrix medium and the crack medium, characterized in that one models the transmissivities of the various meshes crossed by each conducting object, so that the resulting transmissivity corresponds to direct transmissivity along of this conductive object. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le cas où les objets conducteurs sont des couches sédimentaires très perméables, on attribue à la transmissivité entre mailles adjacentes traversées par chaque couche très perméable une valeur dépendant des dimensions des mailles, de l'aire de contact commune entre couches à la jonction des mailles adjacentes et de la perméabilité des couches très perméables.Method according to claim 1, characterized in that , in the case where the conductive objects are very permeable sedimentary layers, the transmissivity between adjacent meshes crossed by each very permeable layer is assigned a value depending on the dimensions of the meshes, of the common contact area between layers at the junction of adjacent meshes and the permeability of highly permeable layers. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans le cas où les objets conducteurs sont des fractures, on attribue à la transmissivité entre mailles adjacentes traversées par chaque fracture, une transmissivité dépendant des dimensions des mailles, de l'épaisseur de la fracture et de sa perméabilité intrinsèque.Method according to claim 1, characterized in that , in the case where the conductive objects are fractures, the transmissivity between adjacent meshes crossed by each fracture is attributed a transmissivity depending on the dimensions of the meshes, on the thickness of the fracture and its intrinsic permeability. Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que dans les mailles traversées par des objets conducteurs géométriquement définis, on détermine un milieu transposé comportant un ensemble de blocs régulièrement disposés et séparés par un maillage régulier de fissures, ledit milieu transposé donnant sensiblement la même récupération (Req) de fluide lors d'un processus d'imbibition capillaire que le milieu réel, la dimension verticale des blocs du milieu transposé étant déterminée à partir des positions des couches sédimentaires très perméables dans la maille et les dimensions horizontales des blocs de ce milieu transposé étant obtenues, à partir d'une image à deux dimensions (2D) du milieu géologique sous la forme d'une série de pixels, par : la détermination, pour chaque pixel, de la distance minimale le séparant de la fissure la plus proche ; la formation d'une distribution du nombre de pixels par rapport à la distance minimale au milieu fissuré et la détermination, à partir de cette distribution, de la fonction de récupération (R) dudit ensemble de blocs ; et la détermination de dimensions (a,b) des blocs réguliers équivalents du milieu transposé à partir de la récupération (R) et de la récupération (Req) du bloc équivalent. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the meshes crossed by geometrically defined conductive objects, a transposed medium is determined comprising a set of blocks regularly arranged and separated by a regular mesh of cracks, said transposed medium giving substantially the same recovery (Req) of fluid during a capillary imbibition process as the real medium, the vertical dimension of the blocks of the transposed medium being determined from the positions of the very permeable sedimentary layers in the mesh and the horizontal dimensions of the blocks of this transposed medium being obtained, from a two-dimensional (2D) image of the geological medium in the form of a series of pixels, by: determining, for each pixel, the minimum distance separating it from the nearest crack; forming a distribution of the number of pixels with respect to the minimum distance from the cracked medium and determining, from this distribution, the recovery function (R) of said set of blocks; and determining the dimensions (a, b) of the equivalent regular blocks of the medium transposed from the recovery (R) and the recovery (Req) of the equivalent block.
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